JP6879776B2 - Rotation control device - Google Patents
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Description
本発明は、操作対象軸の回転を制御する回転制御装置に関し、例えば調節弁の弁軸を操作する電動式の操作器に関する。 The present invention relates to a rotation control device that controls the rotation of an operation target shaft, for example, an electric actuator that operates a valve shaft of a control valve.
一般に、操作対象の軸の回転を制御する回転制御装置は、軸の回転方向の機械的変位を位置センサによって検出し、その検出結果に基づいて軸の操作量を決定している。例えば、ボール弁等のロータリ式の調節弁の弁軸を操作する電動式の操作器(アクチュエータ)では、位置センサとして可変抵抗器から成るポテンショメータを用い、そのポテンショメータによって検出した弁軸の回転方向の機械的変位量に基づいて、弁軸を制御している(特許文献1参照)。 Generally, the rotation control device that controls the rotation of the shaft to be operated detects the mechanical displacement of the shaft in the rotation direction by the position sensor, and determines the operation amount of the shaft based on the detection result. For example, in the electric operation device for operating the valve shaft of the rotary type regulating valve such as a ball valve (actuator), using a potentiometer consisting of a variable resistor as a position sensor, the rotational direction of the valve shaft detected by the potentiometer The valve shaft is controlled based on the amount of mechanical displacement of (see Patent Document 1).
また、軸の回転方向の機械的変位量を測定するための位置センサとしては、ポテンショメータに代表される接触式の位置センサの他に、測定対象の軸の回転方向の絶対的な位置を非接触で検出する非接触式の絶対的位置センサや、測定対象の軸の回転方向の相対的な位置を非接触で検出する非接触式の相対的位置センサが知られている。例えば、非接触式の絶対的位置センサとしては、検出対象軸の絶対的な角度位置に対応したコード信号を出力するアブソリュート型のロータリエンコーダが、非接触式の相対的位置センサとしては、検出対象軸の回転角度に対応してパルスを出力するインクリメンタル型のロータリエンコーダが、夫々知られている(特許文献2参照)。 Further, as a position sensor for measuring the amount of mechanical displacement in the rotation direction of the shaft, in addition to a contact type position sensor represented by a potentiometer, the absolute position in the rotation direction of the shaft to be measured is not contacted. There are known non-contact type absolute position sensors that detect with, and non-contact type relative position sensors that detect the relative position of the axis to be measured in the rotational direction in a non-contact manner. For example, as a non-contact type absolute position sensor, an absolute rotary encoder that outputs a code signal corresponding to the absolute angular position of the detection target axis is used, and as a non-contact type relative position sensor, a detection target. Incremental rotary encoders that output a pulse corresponding to the rotation angle of the shaft are known (see Patent Document 2).
一般に、ポテンショメータは、摺動子を機械的に操作することによる抵抗値の変化を出力するセンサであるため、耐久性が低く、製品寿命が短い傾向がある。また、ポテンショメータの代わりに、絶対的非接触位置センサとしてのアブソリュート型のロータリエンコーダを用いた場合、一般に部品単価が高い上に、アブソリュート型のロータリエンコーダを駆動するためのバッテリが別途必要になることから、製品コストが増大してしまう。 In general, a potentiometer is a sensor that outputs a change in resistance value by mechanically operating a slider, so that the durability tends to be low and the product life tends to be short. In addition, when an absolute rotary encoder as an absolute non-contact position sensor is used instead of the potentiometer, the unit cost of parts is generally high, and a separate battery for driving the absolute rotary encoder is required. Therefore, the product cost increases.
そこで、本願発明者は、調節弁を操作する電動式の操作器において、ポテンショメータの代わりに、ロータリエンコーダ等の非接触式の位置センサを用いることを検討した。その検討の結果、以下に示す課題があることが明らかとなった。 Therefore, the inventor of the present application has examined the use of a non-contact position sensor such as a rotary encoder in place of a potentiometer in an electric manipulator that operates a control valve. As a result of the examination, it became clear that there are the following problems.
電動式の操作器において、非接触式の相対的位置センサとしてのインクリメンタル型のロータリエンコーダを用いた場合、そのロータリエンコーダから出力されるパルスの数を測定開始点(原点)からカウントし、そのパルス数の積算値に基づいて操作対象軸としての弁軸の回転方向における絶対的な位置を算出する必要がある。そのため、電源投入直後は、弁軸を一度原点に戻して、ロータリエンコーダの出力パルス数の積算値をリセットする“原点復帰”の処理が必須となる。 When an incremental rotary encoder is used as a non-contact relative position sensor in an electric controller, the number of pulses output from the rotary encoder is counted from the measurement start point (origin), and the pulses are counted. It is necessary to calculate the absolute position of the valve shaft as the operation target shaft in the rotation direction based on the integrated value of the numbers. Therefore, immediately after the power is turned on, it is essential to return the valve shaft to the origin once and reset the integrated value of the number of output pulses of the rotary encoder by "returning to origin".
この原点復帰における“原点”を、弁開度が全閉となる弁軸の位置(以下、「全閉位置」とも称する。)、または弁開度が全開となる弁軸の位置(以下、「全開位置」とも称する。)に設定した場合、調節弁を操作する電動式の操作器では、原点復帰が完了するまでに長い時間を要するという課題がある。 The "origin" in this return to origin is the position of the valve shaft at which the valve opening is fully closed (hereinafter, also referred to as "fully closed position") or the position of the valve shaft at which the valve opening is fully opened (hereinafter, "" When set to the "fully open position"), the electric actuator that operates the control valve has a problem that it takes a long time to complete the home return.
例えば、調節弁を操作する電動式の操作器は、電動モータと、この電動モータの回転トルクを減速する歯車機構から成る減速機を備えており、この減速機によって減速された回転トルクによって出力軸を回転させることにより、その出力軸に連結された弁軸を操作している。 For example, an electric actuator for operating a control valve includes a reduction gear including an electric motor and a gear mechanism for reducing the rotational torque of the electric motor, and the output shaft is generated by the rotational torque decelerated by the reduction gear. By rotating, the valve shaft connected to the output shaft is operated.
一般に、電動式の操作器では、この減速機による減速比が数百分の一から数千分の一に設定されているため、弁軸が全開位置から全閉位置まで移動するのに要する時間(フルストローク時間)が無視できないほど長くなる。例えば、従来の電動式の操作器では、弁軸が全開位置から全閉位置まで到達するまでに約60秒を要していた。 Generally, in an electric actuator, the reduction ratio by this reduction gear is set to one hundredth to one thousandth, so that the time required for the valve shaft to move from the fully open position to the fully closed position is required. (Full stroke time) becomes too long to ignore. For example, in a conventional electric actuator, it takes about 60 seconds for the valve shaft to reach the fully open position to the fully closed position.
したがって、その従来の電動式の操作器に、ポテンショメータの代わりにインクリメンタル型のロータリエンコーダを設け、且つ弁軸の原点を全閉位置に設定した場合、弁軸を全開位置から原点復帰させたとすると、原点復帰が完了するまでに少なくとも60秒の時間を要することになる。なお、原点を全開位置に設定し、弁軸を全閉位置から原点復帰させた場合も同様である。 Therefore, if the conventional electric manipulator is provided with an incremental rotary encoder instead of the potentiometer and the origin of the valve shaft is set to the fully closed position, the valve shaft is returned to the origin from the fully open position. It will take at least 60 seconds to complete the home return. The same applies when the origin is set to the fully open position and the valve shaft is returned to the origin from the fully closed position.
このように、電動式の調節弁において、ポテンショメータの代わりに非接触式の相対的位置センサを用い、且つ原点復帰における原点の位置を全閉位置または全開位置に設定した場合、原点復帰が完了するまでの待機時間が長くなるという課題がある。 In this way, in the electric control valve, when a non-contact relative position sensor is used instead of the potentiometer and the origin position in the origin return is set to the fully closed position or the fully open position, the origin return is completed. There is a problem that the waiting time until is long.
また、非接触式の相対的位置センサを用いた場合、調節弁の弁開度制御が正確に行われないおそれがある。例えば、インクリメンタル型のロータリエンコーダを用いた電動式の操作器を原点復帰させることなく長時間運転した場合、弁軸の回転方向を切り換えた時に減速機等を構成する歯車で発生するバックラッシュが累積し、弁開度の測定結果に誤差が生じる。また、ステッピングモータや同期モータ等の電動モータをオープンループで使用した場合に、その電動モータが脱調すると弁開度の測定結果に誤差が生じる。また、同期モータにおいては、電源周波数の変動等によっても、弁開度の測定結果に誤差が生じる。 Further, when a non-contact relative position sensor is used, the valve opening degree of the control valve may not be controlled accurately. For example, when an electric actuator using an incremental rotary encoder is operated for a long time without returning to the origin, backlash generated in gears constituting a speed reducer or the like is accumulated when the rotation direction of the valve shaft is switched. However, an error occurs in the measurement result of the valve opening. Further, when an electric motor such as a stepping motor or a synchronous motor is used in an open loop, if the electric motor is stepped out, an error occurs in the measurement result of the valve opening degree. Further, in the synchronous motor, an error occurs in the measurement result of the valve opening due to the fluctuation of the power supply frequency or the like.
このように、ポテンショメータの代わりに相対的非接触センサを用いた場合、バックラッシュの累積やオープンループの電動モータの脱調、および電源周波数の変動により、相対的非接触センサによる弁軸の回転方向の機械的変位量の測定誤差が大きくなり、調節弁の弁開度制御が正確に行われないおそれがある。 In this way, when a relative non-contact sensor is used instead of the potentiometer, the direction of rotation of the valve shaft by the relative non-contact sensor due to cumulative backlash, step-out of the open-loop electric motor, and fluctuation of the power supply frequency. There is a risk that the valve opening control of the control valve will not be performed accurately due to the large measurement error of the mechanical displacement amount.
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、非接触式の相対的位置センサによって操作対象軸の回転方向の位置の測定を行う回転制御装置において、操作対象軸の原点復帰に要する時間を短くし、且つ操作対象軸の位置測定の誤差を小さくすることにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is an operation target in a rotation control device that measures a position in a rotation direction of an operation target axis by a non-contact relative position sensor. The purpose is to shorten the time required for the axis to return to the origin and to reduce the error in measuring the position of the axis to be operated.
本発明に係る、操作対象軸(200)の回転を制御する回転制御装置(100)は、操作対象軸の回転方向の機械的変位量を非接触で検出する相対的位置センサ(1)と、操作対象軸の回転方向における第1位置(Pc)から第2位置(Po)までの回転可能範囲(SR)において、互いに異なる複数の位置毎に対応して設けられ、操作対象軸がその対応する位置に到達したときに検知信号を夫々出力する複数の絶対的位置センサ(2_1〜2_n)と、検知信号が出力されてからの、相対的位置センサによって検出された機械的変位の積算値(RP)と、その検知信号を出力した絶対的位置センサに対応する位置を示す基準値(AP)とに基づいて、操作対象軸の回転方向の絶対的な位置を算出する位置算出部(3)と、操作対象軸の回転方向の目標位置の情報(SP)と、位置算出部によって算出された操作対象軸の絶対的な位置(PV)とに基づいて、操作対象軸の操作量(MV)を算出する操作量算出部(4)と、操作量算出部によって算出された操作量に基づいて、操作対象軸の回転方向における第1位置から第2位置までの回転可能範囲内において操作対象軸を操作する操作部(5)とを備え、複数の絶対的位置センサのうち少なくとも一つは、回転可能範囲における第1位置および第2位置を除く第3位置(Pa,Pm,Pb)に対応して設けられていることを特徴とする。 The rotation control device (100) for controlling the rotation of the operation target shaft (200) according to the present invention includes a relative position sensor (1) that non-contactly detects the amount of mechanical displacement of the operation target shaft in the rotation direction. In the rotatable range (SR) from the first position (Pc) to the second position (Po) in the rotation direction of the operation target axis, it is provided corresponding to each of a plurality of different positions, and the operation target axis corresponds to the rotation range (SR). A plurality of absolute position sensors (2_1 to 2_n) that output detection signals when they reach a position, and an integrated value (RP) of mechanical displacement detected by the relative position sensor after the detection signal is output. ) And the position calculation unit (3) that calculates the absolute position in the rotation direction of the operation target axis based on the reference value (AP) indicating the position corresponding to the absolute position sensor that output the detection signal. , The operation amount (MV) of the operation target axis is calculated based on the information (SP) of the target position in the rotation direction of the operation target axis and the absolute position (PV) of the operation target axis calculated by the position calculation unit. Based on the operation amount calculation unit (4) to be calculated and the operation amount calculated by the operation amount calculation unit, the operation target axis is set within the rotatable range from the first position to the second position in the rotation direction of the operation target axis. It is provided with an operation unit (5) to be operated, and at least one of the plurality of absolute position sensors corresponds to a third position (Pa, Pm, Pb) excluding the first position and the second position in the rotatable range. It is characterized in that it is provided.
上記回転制御装置において、位置算出部は、絶対的位置センサから検知信号が出力された場合に、上記機械的変位の積算値をリセットしてもよい。 In the rotation control device, the position calculation unit may reset the integrated value of the mechanical displacement when the detection signal is output from the absolute position sensor.
上記回転制御装置において、第3位置は、第1位置と第2位置との中間点(Pm)であってもよい。 In the rotation control device, the third position may be an intermediate point (Pm) between the first position and the second position.
上記回転制御装置において、複数の絶対的位置センサのうちの一つは、操作対象軸が第1位置(弁開度が0%となる位置Pc)に到達したときに検知信号を出力してもよい。 In the rotation control device, even if one of the plurality of absolute position sensors outputs a detection signal when the operation target axis reaches the first position (position Pc where the valve opening becomes 0%). Good.
上記回転制御装置において、複数の絶対的位置センサのうちの一つは、操作対象軸が第2位置(弁開度が100%となる位置Po)に到達したときに検知信号を出力してもよい。 In the rotation control device, even if one of the plurality of absolute position sensors outputs a detection signal when the operation target axis reaches the second position (position Po where the valve opening becomes 100%). Good.
上記回転制御装置において、操作対象軸は、調節弁の弁軸(200)であって、第1位置は、調節弁の弁開度が0%となるときの弁軸の回転方向の位置であり、第2位置は、調節弁の弁開度が100%となるときの弁軸の回転方向の位置であり、第3位置は、調節弁が0%および100%以外の弁開度となるときの弁軸の位置であってもよい。 In the rotation control device, the operation target shaft is the valve shaft (200) of the control valve, and the first position is the position in the rotation direction of the valve shaft when the valve opening degree of the control valve becomes 0%. The second position is the position in the rotation direction of the valve shaft when the valve opening of the control valve is 100%, and the third position is the position when the control valve has a valve opening other than 0% and 100%. It may be the position of the valve shaft of.
上記回転制御装置において、相対的位置センサは、インクリメンタル型のロータリエンコーダであってもよい。 In the rotation control device, the relative position sensor may be an incremental rotary encoder.
上記回転制御装置において、絶対的位置センサは、リミットスイッチであってもよい。 In the rotation control device, the absolute position sensor may be a limit switch.
なお、上記説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の参照符号を、括弧を付して記載している。 In the above description, as an example, reference numerals on the drawings corresponding to the components of the invention are described in parentheses.
以上説明したことにより、本発明によれば、非接触式の相対的位置センサによって操作対象軸の回転方向の位置の測定を行う回転制御装置において、操作対象軸の原点復帰に要する時間を短くし、且つ操作対象軸の位置測定の誤差を小さくすることが可能となる。 As described above, according to the present invention, in the rotation control device that measures the position of the operation target axis in the rotation direction by the non-contact relative position sensor, the time required for returning the operation target axis to the origin is shortened. Moreover, it is possible to reduce the error of the position measurement of the operation target axis.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。なお、以下の説明において、各実施の形態において共通する構成要素には同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals will be given to the components common to each embodiment, and the repeated description will be omitted.
<実施の形態1>
≪回転制御装置の構成≫
図1は、実施の形態1に係る回転制御装置の構成を示す図である。
同図に示される回転制御装置100は、例えば、プラント等において流量のプロセス制御に用いられるボール弁等のロータリ式の調節弁の弁軸の回転を制御する電動式の操作器である。
<
<< Configuration of rotation control device >>
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a rotation control device according to the first embodiment.
The
具体的に、回転制御装置100は、図示されていない上位装置から与えられた調節弁の弁開度の目標値(設定値)SPと調節弁の弁開度の実測値(以下、「実開度」とも称する。)PVとの偏差ΔPを算出し、その偏差ΔPが0になるように弁軸200を駆動することにより、調節弁の弁開度が目標値となるように制御する操作器である。
Specifically, the
以下、回転制御装置100の具体的な構成について説明する。
図1に示すように、回転制御装置100は、相対的位置センサ1、複数の絶対的位置センサ2_1〜2_n(nは、2以上の整数)、位置算出部3、操作量算出部4、および操作部5を備えている。
Hereinafter, a specific configuration of the
As shown in FIG. 1, the
これらの機能部は、例えば金属材料から成る筐体内部に収容される。なお、回転制御装置100は、上述した機能部に加えて、調節弁の弁開度等の各種情報をユーザに提示するための表示部(例えば液晶ディスプレイ)や外部機器との間でデータの送受信を行うための通信回路等を備えていてもよい。
These functional parts are housed inside a housing made of, for example, a metal material. In addition to the above-mentioned functional unit, the
先ず、調節弁の実開度、すなわち弁軸200の回転方向の位置を測定するための相対的位置センサ1および絶対的位置センサ2_1〜2_nについて説明する。
First, the
相対的位置センサ1は、回転制御装置100の操作対象軸としての弁軸200の回転方向の機械的変位を非接触で検出する機能部である。相対的位置センサ1としては、検出対象軸(弁軸200)の回転角度に対応してパルスを出力するインクリメンタル型のロータリエンコーダを例示することができる。本実施の形態では、相対的位置センサ1が、インクリメンタル型のロータリエンコーダであるとして説明する。
The
絶対的位置センサ2_1〜2_nは、操作対象軸である弁軸200が回転方向における所定の位置に到達したときに検知信号を出力する機能部である。絶対的位置センサ2_1〜2_nは、弁軸200が回転方向において特定の位置に到達したことを示す電気信号を出力することが可能な部品であればよい。具体的には、絶対的位置センサ2_1〜2_nとして、例えば、リミットスイッチ、フォトインタラプタ、またはホール素子等を用いることができる。ここで、上記電気信号は、弁軸200が回転方向において特定の位置に到達したことを示す信号であればよく、例えばオン・オフ信号(状態を表す信号、例えばデジタル信号)である。
The absolute position sensors 2_1 to 2_n are functional units that output a detection signal when the
図2は、絶対的位置センサ2_1〜2_nの配置例を示す図である。同図には、n=5である場合の絶対的位置センサ2_1〜2_5の配置例が示されている。 FIG. 2 is a diagram showing an arrangement example of the absolute position sensors 2_1 to 2_n. The figure shows an arrangement example of the absolute position sensors 2_1 to 2_5 when n = 5.
図2に示すように、絶対的位置センサ2_1〜2_5は、弁軸200の回転可能範囲SR内において、互いに異なる複数の位置毎に対応して設けられ、弁軸200がその対応する位置に到達したときに検知信号を夫々出力する。
As shown in FIG. 2, the absolute position sensors 2_1 to 2_5 are provided corresponding to a plurality of different positions within the rotatable range SR of the
ここで、回転可能範囲SRとは、弁軸200の回転方向における移動可能範囲であり、例えば、第1位置としての弁開度が0%となる全閉位置Pcから、第2位置としての弁開度が100%となる全開位置Poまでの範囲を示す。
Here, the rotatable range SR is a movable range of the
回転制御装置100において、絶対的位置センサ2_1〜2_5は、弁開度が0%から100%までの範囲における何れかの位置に対応して設けられている。例えば、図2に示す配置例の場合、絶対的位置センサ2_1は、弁開度が0%となる全閉位置Pcに対応して設けられ、絶対的位置センサ2_2は、弁開度が20%となる位置Paに対応して設けられ、絶対的位置センサ2_3は、弁開度が50%となる位置Pmに対応して設けられ、絶対的位置センサ2_4は、弁開度が70%となる位置Pbに対応して設けられ、絶対的位置センサ2_5は、弁開度が100%となる全開位置Poに対応して設けられている。
In the
図2に示す配置例の場合、絶対的位置センサ2_1は、弁軸200が全閉位置Pcに到達したときに検知信号を出力する。絶対的位置センサ2_2は、弁軸200が位置Pa(弁開度:20%)に到達したときに検知信号を出力する。絶対的位置センサ2_3は、弁軸200が位置Pm(弁開度:50%)に到達したときに検知信号を出力する。絶対的位置センサ2_4は、弁軸200が位置Pb(弁開度:70%)に到達したときに検知信号を出力する。絶対的位置センサ2_5は、弁軸200が全開位置Po(弁開度:100%)に到達したときに検知信号を出力する。
In the case of the arrangement example shown in FIG. 2, the absolute position sensor 2_1 outputs a detection signal when the
次に、絶対的位置センサ2_1〜2_nの具体的な構造について説明する。
図3A〜3Eは、絶対的位置センサ2_1〜2_nの具体的な構造の一例を示す図である。ここでは、n=5とした場合が図示されている。
Next, the specific structure of the absolute position sensors 2_1 to 2_n will be described.
3A to 3E are diagrams showing an example of a specific structure of the absolute position sensors 2_1 to 2_n. Here, the case where n = 5 is illustrated.
具体的に、図3Aは、弁軸200が絶対的位置センサ2_1〜2_nの一つに到達したときの絶対的位置センサ2_1〜2_nの構造を模式的に示す平面図であり、図3Bは、弁軸200が絶対的位置センサ2_1〜2_nの一つに到達したときの絶対的位置センサ2_1〜2_nの構造を模式的に示す側面図である。また、図3Cは、弁軸200が絶対的位置センサ2_1〜2_nの何れにも到達していないときの絶対的位置センサ2_1〜2_nの構造を模式的に示す平面図であり、図3Dは、弁軸200が絶対的位置センサ2_1〜2_nの何れにも到達していないときの絶対的位置センサ2_1〜2_nの構造を模式的に示す側面図である。また、図3Eは、絶対的位置センサ2_1〜2_nの構造を模式的に示す別の側面図である。
Specifically, FIG. 3A is a plan view schematically showing the structure of the absolute position sensor 2_1 to 2_n when the
絶対的位置センサ2_i(1≦i≦n)は、例えば図3A〜3Eに示されるように、抵抗Rと2つの電極21、22をプリント基板20上に配置することによって実現することができる。
The absolute position sensor 2_i (1 ≦ i ≦ n) can be realized by arranging the resistor R and the two
具体的には、プリント基板20の一方の主面20aに電極21を形成するとともに、電極21と電源電圧が供給される電源ラインVccとの間に抵抗Rを接続する。また、プリント基板20の他方の主面20bに電極22を形成するとともに、電極22を、グラウンド電圧が供給されるグラウンドラインGNDに接続する。ここで、抵抗Rは、例えば、プリント基板20の一方の主面20aに配置すればよい。また、電源ラインVccは、例えば、プリント基板20の一方の主面20aに形成し、グラウンドラインGNDは、例えば、プリント基板20の他方の主面20bに形成すればよい。
Specifically, the
プリント基板20の主面20aには、後述する位置算出部3および操作量算出部4として機能するマイクロコントローラやCPU等のプログラム処理装置を含むICチップ30が配置される。ここで、上述した抵抗Rと電極21とが接続されるノードnaは、ICチップ30の何れか一つの入力端子に接続される。
On the
プリント基板20には、主面20a,20bを貫通する貫通孔20cが形成され、その貫通孔20cには、弁軸200が挿通されている。弁軸200の外周面には、金属から成るショートプレート201が接合されている。
A through
図3B,3Dに示されるように、ショートプレート201は、例えば正面視コ字状に形成されている。ショートプレート201は、対向する一対の端部201a,201bがプリント基板20を挟み込んだ状態で弁軸200に固定され、弁軸200とともに回転する。
As shown in FIGS. 3B and 3D, the
図3Aに示すように、例えば、弁軸200が回転し、ショートプレート201が絶対的位置センサ2_3の位置に到達したとき、ショートプレート201の端部201aが絶対的位置センサ2_3の電極21と接触するとともに、ショートプレート201の端部201bが絶対的位置センサ2_3の電極22と接触する。このとき、電源ラインVccから、抵抗R、電極21、ショートプレート201、および電極22を介してグラウンドラインGNDに至る電流経路が形成され、ノードnaの電位が0V(グラウンド電位)となる。
As shown in FIG. 3A, for example, when the
一方、図3Cに示すように、弁軸200が回転し、ショートプレート201が絶対的位置センサ2_1と絶対的位置センサ2_2との間に到達したとき、ショートプレート201の端部201a,201bは、何れの絶対的位置センサ2_1〜2_5の電極21,22にも接触しない状態となる。これにより、各絶対的位置センサ2_1〜2_5のノードnaの電位がVcc(電源電圧)となる。
On the other hand, as shown in FIG. 3C , when the
このように、各絶対的位置センサ2_1〜2_5のノードnaの電圧変化を検出信号としてICチップ30に入力することにより、弁軸200が回転方向における所定の位置に到達したことを検出することが可能となる。
In this way, by inputting the voltage change of the node na of each absolute position sensor 2_1 to 2_5 into the
次に、位置算出部3、操作量算出部4、および操作部5について説明する。
Next, the position calculation unit 3, the operation amount calculation unit 4, and the
位置算出部3は、弁軸200の絶対的な位置を算出する機能部である。位置算出部3は、絶対的位置センサ2_1〜2_nの検知信号が出力されてからの、相対的位置センサ1によって検出された機械的変位の積算値と、その検知信号を出力した絶対的位置センサ2_1〜2_nに対応する位置を示す基準値とに基づいて、操作対象軸の回転方向の絶対的な位置を算出する。
The position calculation unit 3 is a functional unit that calculates the absolute position of the
位置算出部3は、例えば、マイクロコントローラやCPU等のプログラム処理装置によるプログラム処理によって実現することができる。上述の例の場合、プリント基板20に載置されたICチップ30によって実現される。
The position calculation unit 3 can be realized by, for example, program processing by a program processing device such as a microcontroller or a CPU. In the case of the above example, it is realized by the
より具体的には、位置算出部3は、基準値更新部32、相対的位置情報取得部31、および位置決定部33を含む。
More specifically, the position calculation unit 3 includes a reference
基準値更新部32は、絶対的位置センサ2_1〜2_nから検知信号が出力された場合に、基準値APを更新するとともにリセット信号RSTを出力する機能部である。
The reference
ここで、基準値APは、回転可能範囲SR内における絶対的な位置を示す値であり、弁軸200の回転方向の絶対的な位置を算出する際の基準となる。
Here, the reference value AP is a value indicating an absolute position within the rotatable range SR, and serves as a reference when calculating the absolute position of the
具体的に、基準値更新部32は、絶対的位置センサ2_1〜2_nが検知信号を出力する度に、基準値APを、その検出信号を出力した絶対的位置センサ2_1〜2_nに対応する位置を示す値に設定する。例えば、図2の例の場合、先ず、弁軸200が回転して弁開度が20%となる位置Paに到達し、絶対的位置センサ2_2が検知信号を出力した場合、基準値更新部32は、基準値APを、絶対的位置センサ2_2に対応する位置Paを示す値に設定する。その後、弁軸200が更に回転し、弁軸200が弁開度が50%となる位置Pmに到達して絶対的位置センサ2_3が検知信号を出力した場合、基準値更新部32は、基準値APを、位置Paを示す値から絶対的位置センサ2_3に対応する位置Pmを示す値に変更する。
Specifically, the reference
相対的位置情報取得部31は、相対的位置センサ1によって検出された弁軸200の回転方向の機械的変位量を取得し、その機械的変位量の積算値RPを算出する機能部である。例えば、相対的位置情報取得部31は、相対的位置センサ1としてのインクリメンタル型のロータリエンコーダから出力されるパルスをカウントし、そのパルス数の積算値RPを算出する。
The relative position
また、相対的位置情報取得部31は、基準値更新部32からリセット信号RSTが出力された場合に、それまでにカウントしていたパルス数の積算値RPをリセットする。リセット後、相対的位置情報取得部31は、パルスのカウント動作を再開する。
Further, when the reset signal RST is output from the reference
すなわち、相対的位置情報取得部31は、絶対的位置センサ2_1〜2_nから検知信号が出力される度に、積算値RPをリセットする。したがって、相対的位置情報取得部31によって算出される積算値RPは、直前に基準値APが更新されてから次に基準値APが更新されるまでに、ロータリエンコーダから出力されたパルス数の累積値となる。
That is, the relative position
位置決定部33は、基準値更新部32によって生成された基準値APと、相対的位置情報取得部31によって算出されたパルス数の積算値RPに基づく弁軸200の回転方向の機械的変位量とを加算して、回転可能範囲SRにおける弁軸200の絶対的な位置を算出する。位置決定部33は、算出した弁軸200の絶対的な位置を弁開度に換算し、換算した値を実開度PVとして出力する。
The
操作量算出部4は、弁軸200の回転方向の目標位置としての弁開度の目標値SPと、位置算出部3によって算出された実開度PVとに基づいて、弁軸200の操作量を算出する機能部である。操作量算出部4は、例えば、位置算出部3と同様に、マイクロコントローラやCPU等のプログラム処理装置によるプログラム処理によって実現することができる。上述の例の場合、プリント基板20に載置されたICチップ30によって実現される。
The operation amount calculation unit 4 operates the
具体的には、操作量算出部4は、目標値取得部41、偏差算出部42、および操作量決定部43を含む。
Specifically, the operation amount calculation unit 4 includes a target value acquisition unit 41, a
目標値取得部41は、例えばバルブ制御システムにおける上位装置(図示せず)から与えられた弁開度の目標値SPを取得する機能部である。目標値SPは、外部コントローラから通信や、例えば4-20mAのアナログ信号によって設定される。 The target value acquisition unit 41 is a functional unit that acquires the target value SP of the valve opening degree given by, for example, a higher-level device (not shown) in the valve control system. The target value SP is set by communication from an external controller or an analog signal of, for example, 4-20 mA.
偏差算出部42は、目標値取得部41によって取得された弁開度の目標値SPと、位置算出部3によって算出された実開度PVとの偏差ΔPを算出する機能部である。
The
操作量決定部43は、偏差算出部42によって算出された偏差ΔPに基づいて、弁軸200が目標値SPに基づく回転方向の目標位置に到達するまでに必要な操作量MVを算出する。
The operation
操作部5は、操作量算出部4によって算出された操作量MVに基づいて、弁軸200を回転可能範囲SR内で操作する機能部である。具体的に、操作部5は、電動モータ52、電動モータ駆動部51、および減速機53を含む。
The
電動モータ52は、弁軸200を操作するための回転力を発生させる部品である。電動モータ52としては、ブラシレスモータやステッピングモータ、同期モータ等を例示することができる。
The
電動モータ駆動部51は、電動モータ52を駆動する機能部である。具体的に、電動モータ駆動部51は、操作量算出部4によって算出された操作量MVに応じた電流(または電圧)を電動モータ52に印加することにより、電動モータ52の出力軸を回転させる。
The electric
減速機53は、電動モータ52よって発生した回転力を減速して弁軸200に伝達する動力伝達機構である。例えば、減速機53は、遊星歯車機構等の各種歯車機構によって構成されている。減速機53の出力軸が弁軸200に連結されることにより、電動モータ52の回転力を所定の減速比で減速した回転力によって弁軸200を回転させることができる。
The
≪実施の形態1に係る回転制御装置100の動作原理≫
次に、実施の形態1に係る回転制御装置100の動作原理について説明する。
始めに、回転制御装置100による原点復帰の動作について説明する。
<< Operating Principle of
Next, the operating principle of the
First, the operation of returning to the origin by the
図4は、実施の形態1に係る回転制御装置100の原点復帰動作モードにおける動作の流れを示す図である。
ここでは、回転制御装置100の電源投入の時点で、弁軸200が、弁開度が80%となる位置に到達している場合を例にとり、説明する。
FIG. 4 is a diagram showing an operation flow in the origin return operation mode of the
Here, a case where the
回転制御装置100に電源が投入された場合、回転制御装置100は、相対的位置センサの原点復帰の処理を行う原点復帰動作モードで動作を開始する。原点復帰動作モードにおいて、回転制御装置100は、調節弁を閉じる方向に電動モータ52を駆動する(S11)。具体的には、電動モータ駆動部51は、操作量決定部43によって弁開度が0%となるように算出された操作量MVに基づいて、電動モータ52を駆動する。
When the power is turned on to the
次に、回転制御装置100は、絶対的位置センサ2_1〜2_nから検知信号が出力されたか否かを判定する(S12)。ステップS12において、絶対的位置センサ2_1〜2_nから検知信号が出力されなかった場合には、回転制御装置100は、引き続き、弁開度が0%になるように電動モータ52を駆動する。
Next, the
一方、ステップS12において、絶対的位置センサ2_1〜2_nから検知信号が出力された場合には、回転制御装置100は、検知信号を出力した絶対的位置センサ2_1〜2_nに対応する位置を、弁軸200の絶対的な位置を算出する際の基準値AP(初期点)とする(S13)。
On the other hand, when the detection signal is output from the absolute position sensors 2_1 to 2_n in step S12, the
例えば、図2の例の場合、ステップS11において弁開度が80%となる位置から0%になる方向に弁軸200が回転し、その後、弁開度が70%となる位置Pbに弁軸200が到達したときに、絶対的位置センサ2_4から検知信号が出力される。このとき、位置算出部3における基準値更新部32は、検知信号を出力した絶対的位置センサ2_4に対応する位置Pbを示す値を基準値APとして設定するとともに、リセット信号RSTを出力する。
For example, in the case of the example of FIG. 2, the
基準値更新部32からのリセット信号RSTを受けた相対的位置情報取得部31は、それまでにカウントしていたパルス数の積算値RPをリセットする(S14)。
The relative position
以上により原点復帰の処理が完了し、回転制御装置100は、原点復帰動作モードから通常動作モードに移行する。
As a result, the home-returning process is completed, and the
次に、原点復帰後の通常動作モードにおける回転制御装置100の動作について説明する。
図5は、実施の形態1に係る回転制御装置の通常動作モードにおける動作の流れを示すフロー図である。
Next, the operation of the
FIG. 5 is a flow chart showing an operation flow in the normal operation mode of the rotation control device according to the first embodiment.
回転制御装置100は、原点復帰動作モードが終了すると、通常動作モードに移行する。通常動作モードにおいて、回転制御装置100は、上位装置から弁開度の目標値SPの変更が指示されるまで待機する(S20)。弁開度の目標値SPの変更が指示された場合には、回転制御装置100の偏差算出部42が、位置算出部3によって算出された弁軸200の絶対的な位置に基づく実開度PVが上位装置から指示された目標値SPよりも大きいか否かを判定する(S21)。
When the home position return operation mode ends, the
ステップS21において、実開度PVが目標値SPよりも大きい場合、回転制御装置100は、調節弁を閉じる方向に電動モータ52を駆動する(S22)。具体的には、操作量決定部43が、偏差算出部42によって算出された偏差ΔPに基づいて、弁開度が目標値SPとなるように操作量MVを算出し、電動モータ駆動部51が、その操作量MVに基づいて電動モータ52を駆動する。
In step S21, when the actual opening PV is larger than the target value SP, the
一方、ステップS21において、実開度PVが目標値SPよりも小さい場合、回転制御装置100は、調節弁を開く方向に電動モータ52を駆動する(S23)。具体的には、操作量決定部43が、偏差算出部42によって算出された偏差ΔPに基づいて、弁開度が目標値SPとなるように操作量MVを算出し、電動モータ駆動部51が、その操作量MVに基づいて電動モータ52を駆動する。
On the other hand, in step S21, when the actual opening PV is smaller than the target value SP, the
ステップS22またはステップS23の後、回転制御装置100は、絶対的位置センサ2_1〜2_nから検知信号が出力されたか否かを判定する(S24)。
After step S22 or step S23, the
ステップS24において、絶対的位置センサ2_1〜2_nから検知信号が出力されていない場合には、回転制御装置100は、直前に基準値更新部32によって設定された基準値APと、相対的位置情報取得部31によって算出された相対的位置センサ1からの出力パルス数の積算値RPに基づく弁軸200の機械的変位量とに基づいて、実開度PV(弁軸200の絶対的な位置)を算出する(S27)。
In step S24, when the detection signal is not output from the absolute position sensors 2_1 to 2_n, the
例えば、上述の原点復帰の処理(ステップS11〜S14)の後、絶対的位置センサ2_1〜2_nから検知信号が一度も出力されていない場合には、原点復帰動作モードのステップS13において設定した基準値AP(上記例の場合、弁開度が70%となる位置)に、相対的位置情報取得部31によって算出された積算値RPに基づく弁軸200の機械的変位量を加算することによって、実開度PVを算出する。
For example, if the detection signal has never been output from the absolute position sensors 2_1 to 2_n after the home return processing (steps S11 to S14) described above, the reference value set in step S13 of the home return operation mode By adding the amount of mechanical displacement of the
一方、ステップS24において、絶対的位置センサ2_1〜2_nから検知信号が出力された場合には、回転制御装置100は、基準値APを更新する(S25)。具体的には、基準値更新部32が、検知信号を出力した絶対的位置センサ2_1〜2_nに対応する位置を、新たな基準値APに設定する。例えば、上述の原点復帰動作モードにおいて、基準値APが位置Pb(弁開度:70%)を示す値に設定された直後のステップS24において、絶対的位置センサ2_3から検知信号が出力された場合には、基準値更新部32は、基準値APを、位置Pb(弁開度:70%)を示す値から位置Pm(弁開度:50%)を示す値に変更する。このとき、基準値更新部32は、リセット信号RSTも出力する。
On the other hand, in step S24, when the detection signal is output from the absolute position sensors 2_1 to 2_n, the
基準値更新部32からのリセット信号RSTを受けた相対的位置情報取得部31は、それまでにカウントしていた相対的位置センサ1の出力パルス数の積算値RPをリセットする(S26)。
The relative position
次に、回転制御装置100は、ステップS25において基準値更新部32によって設定された基準値APと、ステップS26でリセットされた後に相対的位置情報取得部31によってカウントされた積算値RPとに基づいて、実開度PV(弁軸200の絶対的な位置)を算出する(S27)。例えば、ステップS25において、基準値APが位置Pm(弁開度:50%)を示す値に変更された場合には、その基準値APに、ステップS26以降に相対的位置情報取得部31によってカウントされた積算値RPに基づく弁軸200の機械的変位量を加算することによって弁軸200の絶対的な位置を算出し、その位置から実開度PVを算出する。
Next, the
次に、回転制御装置100は、ステップS27において算出された実開度PVが目標値SPと一致するか否かを判定する(S28)。
Next, the
ステップS28において、実開度PVが目標値SPと一致しない場合には、ステップS21に戻り、回転制御装置100は、再度、上述の処理(S21〜S27)を行う。一方、ステップS28において、実開度PVが目標値SPと一致した場合には、回転制御装置100は、弁開度を目標値に設定する一連の処理を終了する。
If the actual opening PV does not match the target value SP in step S28, the process returns to step S21, and the
≪実施の形態1に係る回転制御装置100の効果≫
上述したように、本発明に係る回転制御装置100は、弁軸200の回転方向の位置を測定するための位置センサとして非接触式の相対的位置センサ1に加えて、弁軸200が全閉位置Pcおよび全開位置Poを除く第3位置(Pa,Pm,Pb)に到達したときに検知信号を出力する絶対的位置センサ2_2〜2_4を備えている。回転制御装置100は、検知信号を出力した絶対的位置センサ2_2〜2_4に対応する位置を示す基準値APと、その検知信号が出力されてからの、相対的位置センサ1によって検出された機械的変位の積算値RPとに基づいて、弁軸200の回転方向の絶対的な位置を算出する。
<< Effect of
As described above, in the
これによれば、全閉位置Pcおよび全開位置Poだけでなく上記第3位置も、弁軸200の位置測定における基準点、すなわち、“原点”とみなすことができるので、全閉位置Pcまたは全開位置Poのみを原点に設定した場合に比べて、原点復帰の処理に要する時間を短縮することが可能となる。
According to this, not only the fully closed position Pc and the fully open position Po but also the third position can be regarded as a reference point in the position measurement of the
具体的には、回転可能範囲SR内にn個の絶対的位置センサ2_1〜2_nを配置した場合に、回転制御装置100の電源投入時に全開位置Poにある弁軸200を原点復帰させるのに要する時間Tは、下記式(1)で表される。ここで、Tfは、弁軸が全開位置から全閉位置まで移動するのに要する時間(フルストローク時間)である。
Specifically, when n absolute position sensors 2_1 to 2_n are arranged within the rotatable range SR, it is necessary to return the
例えば、5個(n=5)の絶対的位置センサ2_1〜2_5を配置し、フルストローク時間Tfが60〔秒〕である場合、全開位置Poにある弁軸200を原点復帰させるのに要する時間Tは、60/(5−1)=15〔秒〕となる。
For example, when five (n = 5) absolute position sensors 2_1 to 2_5 are arranged and the full stroke time Tf is 60 [seconds], the time required to return the
このように、本発明に係る回転制御装置100によれば、インクリメンタル型のロータリエンコーダのような相対的位置センサ1を用いた場合に必要となる弁軸200の原点復帰に要する時間を短縮することが可能となる。
As described above, according to the
また、本発明に係る回転制御装置100は、弁軸200が全閉位置Pcおよび全開位置Poを除く第3位置を通過する度に原点復帰と同様の処理を行う。具体的には、n=5としたとき、回転制御装置100は、絶対的位置センサ2_2〜2_4から検知信号が出力された場合に、基準値APを、その検知信号を出力した絶対的位置センサ2_2〜2_4に対応する位置を示す値に更新するとともに、積算値RPをリセットする。
Further, the
これによれば、回転制御装置100を長時間運転した場合であっても、上述した、減速機53等を構成する歯車のバックラッシュの累積、電動モータ52としてステッピングモータや同期モータ等の電動モータをオープンループで使用した場合の電動モータの脱調、および同期モータを使用した場合における電源周波数の変動等に起因する、相対的位置センサ1による弁軸200の機械的変位量の測定誤差を小さくすることができる。これにより、調節弁の弁開度制御をより正確に行うことが可能となる。
According to this, even when the
また、回転制御装置100によれば、絶対的位置センサ2_1〜2_nを複数設けることにより、絶対的位置センサ2_1〜2_nの1つが故障した場合であっても、その他の絶対的位置センサ2_1〜2_nによって弁開度制御を継続することができる。これにより、回転制御装置100としての信頼性を向上させることができる。
Further, according to the
また、回転可能範囲SR内に設置する絶対的位置センサ2_1〜2_nの個数を増やすことにより、原点復帰に要する時間と相対的位置センサ1による弁軸200の機械的変位量の測定誤差を更に小さくすることが可能となる。
Further, by increasing the number of absolute position sensors 2_1 to 2_n installed in the rotatable range SR, the time required for returning to the origin and the measurement error of the mechanical displacement amount of the
<実施の形態の拡張>
以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
<Expansion of embodiment>
The inventions made by the present inventors have been specifically described above based on the embodiments, but it goes without saying that the present invention is not limited thereto and can be variously modified without departing from the gist thereof. No.
例えば、上記実施の形態では、5つの絶対的位置センサ2_1〜2_5を設置する場合を示したが、設置する絶対的位置センサの個数はこれに限定されない。以下、絶対的位置センサの別の配置例を示す。 For example, in the above embodiment, the case where five absolute position sensors 2_1 to 2_5 are installed is shown, but the number of absolute position sensors to be installed is not limited to this. Hereinafter, another example of arrangement of the absolute position sensor will be shown.
図6は、絶対的位置センサの別の配置例を示す図である。
同図には、n=3とし、弁開度が0%となる全閉位置Pcに絶対的位置センサ2_1を配置し、全閉位置Pcと全開位置Poの中間点、すなわち弁開度が50%となる位置Pmに絶対的位置センサ2_2を配置し、弁開度が100%となる全開位置Poに絶対的位置センサ2_3を配置した場合が示されている。
FIG. 6 is a diagram showing another arrangement example of the absolute position sensor.
In the figure, n = 3, the absolute position sensor 2_1 is placed at the fully closed position Pc where the valve opening is 0%, and the midpoint between the fully closed position Pc and the fully open position Po, that is, the valve opening is 50. The case where the absolute position sensor 2_2 is arranged at the position Pm which is% and the absolute position sensor 2_3 is arranged at the fully open position Po where the valve opening degree is 100% is shown.
これによれば、弁軸200が、全閉位置Pc、全開位置Po、および全閉位置Pcと全開位置Poの中間点の位置Pmに到達したときに、原点復帰(基準値APの更新)が行われるので、全閉位置Pcまたは全開位置Poのみを弁軸200の原点に設定した場合に比べて、原点復帰に要する時間と相対的位置センサ1による機械的変位量の測定誤差を小さくすることが可能となる。また、絶対的位置センサを設置することによる追加のコストを抑えることが可能となる。
According to this, when the
なお、図6において、絶対的位置センサは、弁開度が0%となる全閉位置Pcと弁開度が100%となる全開位置Poの両方ではなく、何れか一方に配置してもよい。 In FIG. 6, the absolute position sensor may be arranged in either of the fully closed position Pc in which the valve opening is 0% and the fully open position Po in which the valve opening is 100%. ..
図7は、絶対的位置センサの更に別の配置例を示す図である。
同図には、弁開度が50%となる位置Pmに一つの絶対的位置センサ2をした場合が示されている。
FIG. 7 is a diagram showing still another example of arrangement of the absolute position sensor.
The figure shows a case where one
これによれば、全閉位置Pcと全開位置Poの中間点である位置Pmにおいて、原点復帰が行われるので、全閉位置Pcまたは全開位置Poのみを原点に設定した場合に比べて、原点復帰に要する時間と相対的位置センサ1による機械的変位量の測定誤差を小さくすることが可能となる。また、絶対的位置センサが一つで済むので、絶対的位置センサを設置することによる追加のコスト等を更に抑えることが可能となる。
According to this, since the origin return is performed at the position Pm which is the intermediate point between the fully closed position Pc and the fully open position Po, the origin return is performed as compared with the case where only the fully closed position Pc or the fully open position Po is set as the origin. It is possible to reduce the time required for the measurement and the measurement error of the mechanical displacement amount by the
また、上記実施の形態では、相対的位置センサ1としてインクリメンタル型のロータリエンコーダを用いる場合を例示したが、非接触で操作対象軸の回転方向の機械的変位を検出することができるものであれば、相対的位置センサ1として用いることができる。例えば、電動モータ52としてブラシレスモータを用いる場合には、そのブラシレスモータを構成するホール素子(ホールIC)から出力される信号を相対的位置センサ1として利用することも可能である。
Further, in the above embodiment, the case where an incremental rotary encoder is used as the
また、電動モータ52としてステッピングモータを用いる場合には、相対的位置センサ1を別途設けることなく、そのステッピングモータを駆動するためのパルス信号を位置算出部3がカウントすることにより、操作対象軸の回転方向の機械的変位量を算出することも可能である。
Further, when a stepping motor is used as the
また、電動モータ52として同期モータを用いる場合には、相対的位置センサ1を別途設けることなく、操作対象軸の回転方向の機械的変位量を算出することも可能である。例えば、同期モータを駆動している駆動時間をT〔s〕、回転速度をN〔rpm〕、減速機の減速比を1/Gとしたとき、回転角度Φ〔°〕は、(T×N×360)/(60×G)で表される。したがって、位置算出部3が上記計算を行うことにより、操作対象軸の回転方向の機械的変位量を算出することが可能となる。
Further, when a synchronous motor is used as the
また、上記実施の形態では、回転制御装置100を調節弁の弁軸200を操作する電動式の操作器として適用する場合を例示したが、回転制御装置100によって操作される操作対象軸は、弁軸に限定されず、回転制御装置において相対的位置センサを使用するあらゆる開度計測システムに適用することが可能となる。例えば、回転制御装置100を、ダンパシャフトを操作するダンパ用の操作器として適用することも可能である。
Further, in the above embodiment, the case where the
また、上記実施の形態では、プリント基板20の内側に形成した貫通孔20cに弁軸200を挿通させる場合を例示したが、これに限られない。例えば、図8に示すように、プリント基板20の一辺に例えば平面視半円形状の切り欠き部20dを設け、この切り欠き部20dに弁軸200を配置してもよい。この場合、電極21は、プリント基板20の主面20aにおける切り欠き部の周辺20dに配置すればよい。
Further, in the above embodiment, the case where the
100…回転制御装置(操作器)、200…弁軸、1…相対的位置センサ、2,2_1〜2_n…絶対的位置センサ、3…位置算出部、4,4A…操作量算出部、5…操作部、31…相対的位置情報取得部、32…基準値更新部、33…位置決定部、41…目標値取得部、42…偏差算出部、43…操作量決定部、51…電動モータ駆動部、52…電動モータ、53…減速機、SP…目標値、PV…実開度、ΔP…偏差、MV…操作量、RP…積算値、AP…基準値、RST…リセット信号。 100 ... Rotation control device (operator), 200 ... Valve shaft, 1 ... Relative position sensor, 2,2_1 to 2_n ... Absolute position sensor, 3 ... Position calculation unit, 4,4A ... Operation amount calculation unit, 5 ... Operation unit, 31 ... Relative position information acquisition unit, 32 ... Reference value update unit, 33 ... Position determination unit, 41 ... Target value acquisition unit, 42 ... Deviation calculation unit, 43 ... Operation amount determination unit, 51 ... Electric motor drive Part, 52 ... Electric motor, 53 ... Reducer, SP ... Target value, PV ... Actual opening, ΔP ... Deviation, MV ... Operation amount, RP ... Integrated value, AP ... Reference value, RST ... Reset signal.
Claims (8)
前記操作対象軸の回転方向の機械的変位を非接触で検出する相対的位置センサと、
前記操作対象軸の回転方向における第1位置から第2位置までの回転可能範囲において、互いに異なる複数の位置毎に対応して設けられ、前記操作対象軸がその対応する位置に到達したときに検知信号を夫々出力する複数の絶対的位置センサと、
前記検知信号が出力されてからの、前記相対的位置センサによって検出された前記機械的変位の積算値と、その前記検知信号を出力した前記絶対的位置センサに対応する位置を示す基準値とに基づいて、前記操作対象軸の回転方向の絶対的な位置を算出する位置算出部と、
前記操作対象軸の回転方向の目標位置の情報と、前記位置算出部によって算出された前記操作対象軸の絶対的な位置とに基づいて、前記操作対象軸の操作量を算出する操作量算出部と、
前記操作量算出部によって算出された前記操作量に基づいて、前記操作対象軸の回転方向における第1位置から第2位置までの回転可能範囲内において前記操作対象軸を操作する操作部と、を備え、
前記複数の絶対的位置センサの各々は、
前記操作対象軸の近傍に配設されたプリント基板の一方の面に形成され、抵抗素子を介して電源ラインに接続される第1電極と、
前記プリント基板の他方の面に形成され、GND電位とされた第2電極と、
前記操作対象軸の外周面に接合されて、前記操作対象軸が所定の位置にあるときに、前記第1電極と前記第2電極とを短絡するように構成されたショートプレートとを含み、
前記ショートプレートが前記第1電極と前記第2電極とを短絡したときに前記第1電極に生じる電圧変化を前記検知信号として前記位置算出部に出力するように構成され、
前記複数の絶対的位置センサのうち少なくとも一つは、前記回転可能範囲における前記第1位置および前記第2位置を除く第3位置に対応して設けられている
回転制御装置。 A rotation control device that controls the rotation of the axis to be operated.
A relative position sensor that non-contactly detects the mechanical displacement of the axis to be operated in the rotational direction,
In the rotatable range from the first position to the second position in the rotation direction of the operation target axis, it is provided corresponding to each of a plurality of different positions, and is detected when the operation target axis reaches the corresponding position. Multiple absolute position sensors that output signals respectively,
The integrated value of the mechanical displacement detected by the relative position sensor after the detection signal is output and the reference value indicating the position corresponding to the absolute position sensor that outputs the detection signal. Based on the position calculation unit that calculates the absolute position of the operation target axis in the rotation direction,
The operation amount calculation unit that calculates the operation amount of the operation target axis based on the information of the target position in the rotation direction of the operation target axis and the absolute position of the operation target axis calculated by the position calculation unit. When,
Based on the operation amount calculated by the operation amount calculation unit, the operation unit that operates the operation target shaft within the rotatable range from the first position to the second position in the rotation direction of the operation target shaft. Prepare,
Each of the plurality of absolute position sensors
A first electrode formed on one surface of a printed circuit board arranged in the vicinity of the operation target axis and connected to a power supply line via a resistance element, and a first electrode.
A second electrode formed on the other surface of the printed circuit board and having a GND potential,
It includes a short plate joined to the outer peripheral surface of the operation target shaft and configured to short-circuit the first electrode and the second electrode when the operation target shaft is in a predetermined position.
The short plate is configured to output the voltage change generated in the first electrode as the detection signal to the position calculation unit when the first electrode and the second electrode are short-circuited.
At least one of the plurality of absolute position sensors is a rotation control device provided corresponding to the first position and the third position excluding the second position in the rotatable range.
前記位置算出部は、前記絶対的位置センサから前記検知信号が出力された場合に、前記機械的変位の積算値をリセットする
ことを特徴とする回転制御装置。 In the rotation control device according to claim 1,
The position calculation unit is a rotation control device characterized in that when the detection signal is output from the absolute position sensor, the integrated value of the mechanical displacement is reset.
前記第3位置は、前記第1位置と前記第2位置との中間点である
ことを特徴とする回転制御装置。 In the rotation control device according to claim 1 or 2.
The rotation control device, wherein the third position is an intermediate point between the first position and the second position.
前記複数の絶対的位置センサのうちの一つは、前記操作対象軸が前記第1位置に到達したときに前記検知信号を出力する
ことを特徴とする回転制御装置。 In the rotation control device according to any one of claims 1 to 3.
One of the plurality of absolute position sensors is a rotation control device that outputs the detection signal when the operation target axis reaches the first position.
前記複数の絶対的位置センサのうちの一つは、前記操作対象軸が前記第2位置に到達したときに前記検知信号を出力する
ことを特徴とする回転制御装置。 In the rotation control device according to any one of claims 1 to 3.
One of the plurality of absolute position sensors is a rotation control device that outputs the detection signal when the operation target axis reaches the second position.
前記操作対象軸は、調節弁の弁軸であって、
前記第1位置は、前記調節弁の弁開度が0%となるときの前記弁軸の回転方向の位置であり、
前記第2位置は、前記調節弁の弁開度が100%となるときの前記弁軸の回転方向の位置であり、
前記第3位置は、前記調節弁が0%および100%以外の弁開度となるときの前記弁軸の位置である
ことを特徴とする回転制御装置。 In the rotation control device according to any one of claims 1 to 5.
The operation target shaft is the valve shaft of the control valve.
The first position is a position in the rotation direction of the valve shaft when the valve opening degree of the control valve becomes 0%.
The second position is a position in the rotation direction of the valve shaft when the valve opening degree of the control valve is 100%.
The rotation control device is characterized in that the third position is the position of the valve shaft when the control valve has a valve opening degree other than 0% and 100%.
前記相対的位置センサは、インクリメンタル型のロータリエンコーダである
ことを特徴とする回転制御装置。 In the rotation control device according to any one of claims 1 to 6.
The relative position sensor is a rotation control device characterized by being an incremental rotary encoder.
前記操作対象軸の回転方向の機械的変位を非接触で検出する相対的位置センサと、
前記操作対象軸の回転方向における第1位置から第2位置までの回転可能範囲において、前記操作対象軸が前記第1位置および前記第2位置を除く第3位置に到達したときに、検知信号を出力する絶対的位置センサと、
前記検知信号が出力されたときからの、前記相対的位置センサによって検出された前記機械的変位の積算値と、その前記検知信号を出力した前記絶対的位置センサに対応する位置を示す基準値とに基づいて、前記操作対象軸の回転方向の絶対的な位置を算出する位置算出部と、
前記操作対象軸の回転方向の目標位置の情報と、前記位置算出部によって算出された前記操作対象軸の絶対的な位置とに基づいて、前記操作対象軸の操作量を算出する操作量算出部と、
前記操作量算出部によって算出された前記操作量に基づいて、前記操作対象軸の回転方向における第1位置から第2位置までの回転可能範囲内において前記操作対象軸を操作する操作部と、を備え、
前記絶対的位置センサは、
前記操作対象軸の近傍に配設されたプリント基板の一方の面に形成され、抵抗素子を介して電源ラインに接続される第1電極と、
前記プリント基板の他方の面に形成され、GND電位とされた第2電極と、
前記操作対象軸の外周面に接合されて、前記操作対象軸が前記第3の位置にあるときに、前記第1電極と前記第2電極とを短絡するように構成されたショートプレートとを含み、
前記ショートプレートが前記第1電極と前記第2電極とを短絡したときに前記第1電極に生じる電圧変化を前記検知信号として前記位置算出部に出力するように構成されている
回転制御装置。 A rotation control device that controls the rotation of the axis to be operated.
A relative position sensor that non-contactly detects the mechanical displacement of the axis to be operated in the rotational direction,
In the rotatable range from the first position to the second position in the rotation direction of the operation target axis, when the operation target axis reaches the third position excluding the first position and the second position, the detection signal is transmitted. Absolute position sensor to output and
An integrated value of the mechanical displacement detected by the relative position sensor from the time when the detection signal is output, and a reference value indicating a position corresponding to the absolute position sensor that outputs the detection signal. A position calculation unit that calculates the absolute position of the operation target axis in the rotation direction based on
The operation amount calculation unit that calculates the operation amount of the operation target axis based on the information of the target position in the rotation direction of the operation target axis and the absolute position of the operation target axis calculated by the position calculation unit. When,
Based on the operation amount calculated by the operation amount calculation unit, the operation unit that operates the operation target shaft within the rotatable range from the first position to the second position in the rotation direction of the operation target shaft. Prepare ,
The absolute position sensor is
A first electrode formed on one surface of a printed circuit board arranged in the vicinity of the operation target axis and connected to a power supply line via a resistance element, and a first electrode.
A second electrode formed on the other surface of the printed circuit board and having a GND potential,
Includes a short plate that is joined to the outer peripheral surface of the operation target shaft and is configured to short-circuit the first electrode and the second electrode when the operation target shaft is in the third position. ,
The short plate the first electrode and the second electrode and the rotation control device that is configured to output a voltage change that occurs in the first electrode to the position calculating unit as the detection signal when the short-circuited.
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